CN104736824A - 用于控制排气再循环的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于控制内燃发动机中的排气再循环(EGR)的各种系统以及方法。在一个实例中，一种方法包括向汽缸数量少于第一汽缸组中所有汽缸总数的汽缸子组喷射燃料以获得目标EGR率。所述第一汽缸组提供排气以穿过在所述第一汽缸组与进气通道结构之间流体连通的排气再循环(EGR)通道。所述方法进一步包括向第二汽缸组中的至少一个汽缸喷射燃料。所述第二汽缸组大体上不提供排气穿过所述EGR通道结构。

Description

用于控制排气再循环的系统和方法
技术领域
本说明书公开的主题的实施例涉及排气再循环(Exhaust GasRecirculation；简称EGR)系统和方法。
背景技术
一些发动机利用排气从发动机排气系统到发动机进气系统的再循环来降低燃烧温度和减少常规排放，这一过程称为排气再循环。在一些实例中，第一组一个或多个汽缸提供被引导穿过在第一组汽缸与进气歧管之间连通的EGR通道结构的排气以便提供EGR，而第二组一个或多个汽缸大体上不向EGR通道结构提供排气。在这种配置中，EGR率典型地通过操作位于EGR通道中的阀来控制。阀位置被控制以改变向进气歧管提供的EGR的质量流速。
发明内容
在本发明的实施例中，在一些情况下，以不同于通过调整/控制EGR阀来控制EGR质量流速的方式来控制排气再循环组成。这是因为调整EGR质量流速可能是较不准确的，或可具有较宽松的误差，从而导致较大NOx排放。
因此，在一个实施例中，一种用于控制发动机的方法包括：向汽缸数量少于第一汽缸组中所有汽缸总数的气缸子组喷射燃料以获得目标排气再循环率。第一汽缸组提供排气穿过在第一汽缸组与进气通道结构之间流体连通的EGR通道结构。所述方法进一步包括向第二汽缸组中的至少一个汽缸喷射燃料。第二汽缸组大体上不提供排气穿过EGR通道结构。
操作一些汽缸在无燃烧的情况下完成燃烧循环在本说明书中称为“跳过点火”。例如，通过使提供EGR的汽缸组中的汽缸跳过点火同时向另一汽缸组中的至少一个汽缸喷射燃料，将EGR调整成满足目标EGR率，同时相对于控制EGR质量流速获得更小的关于NOx和微粒物质(PM)排放的误差。此外，通过凭借提供EGR的汽缸的跳过点火来控制EGR，可从发动机消除位于那些汽缸下游以用于控制EGR的流量的任何阀或其他控制元件。以这种方式，降低了发动机的生产成本。更进一步，优先于大体上不提供EGR的汽缸使提供EGR的汽缸跳过点火便利于将EGR降低到在一些运转状态(operatingconditions)下有利的低水平。
应了解，提供以上简述以便以简化形式介绍在具体实施方式中进一步描述的精选概念。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键特征或必要特征，所要求保护的主题的范围唯一由具体实施方式之后的权利要求书来限定。此外，所要求保护的主题并不限于解决以上或本公开的任何部分中指出的任何缺点的实现方式。
附图说明
参考附图阅读以下非限制性实施例的描述将会更好地理解本发明，其中：
图1示出根据本发明的实施例的轨道车辆的示意图。
图2示出根据本发明的实施例的发动机的示意图。
图3示出根据本发明的实施例的另一发动机的示意图。
图4示出用于通过使提供EGR的汽缸跳过点火来控制发动机中的EGR的方法的实施例的流程图。
图5示出用于在隧道状态期间通过跳过点火来控制发动机中的EGR的方法的另一实施例的流程图。
图6示出用于通过基于温度状态或压力状态跳过点火来控制发动机中的EGR的方法的另一实施例的流程图。
具体实施方式
本发明涉及用于控制具有选择性地提供排气再循环的不同汽缸组的发动机中的EGR的系统和方法的各种实施例。更具体地，本发明涉及优先于大体上不向EGR通道结构提供排气的汽缸，使提供EGR的汽缸跳过点火，以便在各种情况下降低EGR。此外，在一个实例中，调整提供EGR的汽缸的燃料喷射量以使EGR率从大体上无EGR到提供EGR的汽缸的完全能力而以较高间隔尺寸(granularity)变化。
在一些实施例中，发动机配置用于被定位在如轨道车辆的车辆中。由于轨道车辆经历持续的低负载运转时期，例如在装卸货物、闲置在车场中或其他空载运转期间处于闲置模式，以上描述的方法和配置在轨道车辆中特别有利。在一个实例中，“低负载”运转包括一种发动机运转模式，其中发动机做相对少量的功，例如，低负载运转小于最大发动机负载的50％。相反，发动机的“高负载”运转包括一种运转模式，其中发动机做相对大量的功，例如，在大于50％最大发动机负载下的运转。
在一些实施例中，采用用于通过使提供EGR的汽缸跳过点火来控制EGR率的系统和方法来在一些状态期间降低发动机输出。例如，这种方法特别适用于隧道状态。确切地，在隧道运转(指车辆行进穿过隧道)期间，隧道中的周围温度由于固有地将从发动机排放的排气捕获在隧道的范围中而增大。因此，轨道车辆的性能(例如，轨道车辆行进穿过隧道的速率)可通过以下方式来提高：使提供EGR的一个或多个汽缸跳过点火，以便增加空燃比并且减少对降低发动机功率的需要。此外，燃烧温度、排给到(heat rejected)隧道的热量和EGR冷却器的热负载得以降低。
图1示意性地示出车辆系统100(例如，机车系统)的实施例，车辆系统100在本说明书中被描述为轨道车辆，配置用于使用多个轮子104在轨道102上运行。轨道车辆100包括发动机系统106。在其他非限制实施例中，发动机系统106是固定发动机系统，如在发电厂应用中，并且在又其他应用中，发动机用于船只、公路上车辆、越野车辆或其他推进系统中。
在一个实例中，轨道车辆100是柴油电动车辆。例如，发动机系统106包括产生传输到发电机108的扭力输出的柴油机。发电机108产生被存储和/或应用于随后传送到各种下游电气部件的电力。例如，发电机108向多个牵引电动机110提供电力。如图所描绘，多个牵引电动机110各自连接到多个轮子104中的一个，以便提供牵引力来推进轨道车辆100。一个示例性轨道车辆配置包括每个轮轴(轮对)一个牵引电动机。如本说明书中所描述，六个牵引电动机对应于轨道车辆的六对轮子中的每一对。
发动机106的燃烧室(即，汽缸)112包括多个燃烧室壁114与一个定位在燃烧室中的活塞116。活塞116连接到曲轴118，以使得活塞116的往复运动被转化成曲轴118的回转运动。在一些实施例中，发动机106是四冲程发动机，其中每个汽缸在曲轴118的两次回转期间按照点火次序点火。在其他实施例中，发动机106是两冲程发动机，其中每个汽缸在曲轴118的一次回转期间按照点火次序点火。
燃烧室112从进气通道结构120接收进气，并且将燃烧气体排出到排气通道结构122。进气通道结构120和排气通道结构122通过进气阀124和排气阀126选择性地与燃烧室112连通。在一些实施例中，燃烧室112包括两个或更多个进气阀和/或两个或更多个排气阀。
在这个实例中，进气阀124和排气阀126分别由凸轮致动系统128和130控制。凸轮致动系统128和130各自包括一个或多个凸轮轴，并且利用由控制器132操作的凸轮轮廓变换(CPS)系统、可变凸轮正时(VCT)系统、可变阀正时(VVT)系统和/或可变阀升程(VVL)系统中的一个或多个来改变阀操作。
燃料喷射器134被示出为直接连接到汽缸112以用于直接在其中喷射燃料。以这种方式，燃料喷射器134向燃烧汽缸112中提供所谓的燃料直接喷射。在一个实例中，燃料是在发动机中通过压缩点燃而被燃烧的柴油。在其他非限制性实施例中，燃料是在发动机中通过压缩点燃(和/或火花点燃)而被燃烧的天然气，和/或汽油、煤油、生物柴油或具有类似密度的其他石油馏出物。
控制器132至少部分地控制车辆系统100和发动机106的运转。控制器132包括微处理器单元(例如，处理器)136和电子存储介质(又名，计算机可读存储介质)138。例如，计算机可读存储介质包括只读存储器片、随机存取存储器等中的一种或多种。计算机可读存储介质138保存指令，当由微处理器单元136执行时，所述指令执行用于控制发动机106的运转的程序以及以下参考图3至图5进一步详细讨论的方法。
当监督车辆系统100的控制和管理时，控制器132配置用于从各种发动机传感器140接收信号以便确定运转参数和运转状态，并且相应地调整各种发动机致动器142以控制车辆系统100的运转。例如，控制器132接收指示空燃比、发动机速度、发动机负载、发动机温度、周围温度、进气歧管温度、排气温度、进气歧管压力(增压)、排气压力、飞行高度(ambient altitude)、进气歧管氧浓度、燃烧稳定性、微粒物质浓度和NOx排放等的传感器信号。例如，控制器132调整包括燃料喷射器、进气阀和排气阀、旁路阀、流量阀等的致动器。在一些实施例中，控制器132单独地控制发动机106的每个燃料喷射器134的燃料喷射频率和/或持续时间。例如，在一些情况下，向第一汽缸组中的汽缸中喷射的燃料量不同于向第二汽缸组中的汽缸中喷射的燃料量。此外，在一些情况下，燃料在其中被喷射的汽缸的数量在不同汽缸组之间是不同的。
如另一实例，感测装置140中的一个包括全球定位系统(GPS)接收器。控制器132使用来自GPS接收器的信号来确定(例如，通过估计或计算)车辆系统100的地理位置(例如，坐标)。在车辆系统100的路径中的地理特征、如轨道车辆100的轨道102上或周围的特征由操作者用信号发出或计算。在一些实现方式中，感测装置140包括路线特征数据库。路线特征数据库包括描述不同特征和规定的信息，所述不同特征和规定被认为是车辆系统100的路线上的环境状态。在一个实例中，指定的地理特征和它们各自的GPS位置存储在路线特征数据库中。计算轨道车辆100与指定地理特征集合中的任一个之间的距离，以便确定最接近地理特征和它的距离。存储在指定地理特征集合中的地理特征的非限制性实例包括隧道、隧道入口、隧道出口、具有不同排放限制的地理区域、陡坡、城市边界和限速边界。此外，路线特征数据库包括所存储的关于预先限定的地理特征如隧道长度和隧道坡度的信息。
在一个实例中，控制器132可操作以基于从GPS接收器和/或路线特征数据库接收的信息来确定隧道状态。例如，隧道状态包括车辆系统在隧道内的运转。此外，确定隧道状态的开始和结束以便准确地调整车辆系统的运转。在另一实例中，控制器132可操作以基于周围温度和进气歧管氧浓度来确定隧道状态。
如以上所描述，图1仅示出多汽缸发动机中的一个汽缸，然而每个汽缸类似地包括它自己的一组进气阀/排气阀、燃料喷射器等。
图2示意性地示出包括多个汽缸202的发动机系统200的实施例。多个汽缸202被组织成第一汽缸组204和第二汽缸组206。注意，“第一”和“第二”是分别表示第一汽缸组和第二汽缸组中的汽缸的标签。在一个实例中，发动机系统200实施在如图1所示的车辆系统100的车辆中。
第一汽缸组204提供被引导到发动机系统200的进气歧管208的排气。进气歧管是指联接到汽缸输入端口以用于向汽缸提供进气的一个通道结构或多个通道。在所示实施例中，第一汽缸组204专门向进气歧管208提供排气。换言之，第一汽缸组204并不连接到排气歧管210，并且进一步地，并不直接流体连接到将排气排放到大气的排气通道结构212。
第二汽缸组206连接到排气歧管210。在一些情况下，第二汽缸组206提供被引导穿过排气通道结构212并且被排放到大气的排气。在一些情况下，第二汽缸组206提供被引导穿过旁路通道结构248到达进气歧管208的排气。换言之，在所示实施例中，第一汽缸组提供排气仅用于EGR，并且第二汽缸组选择性地提供排气用于EGR或被排放到大气。在一些实施例中，第一汽缸组排除第二汽缸组。“排除(Exclusive)”意味着第一汽缸组中没有汽缸被包括在第二汽缸组中。在所示实施例中，发动机200是具有12个汽缸的V-12发动机。在其他实例中，发动机是V-6、V-8、V-10、V-16、I-4、I-6、I-8、对置式4或另一种发动机类型。应了解，每个汽缸组包括适当数量的汽缸。此外，发动机系统包括适当数量的汽缸组。
进气歧管208连接到第一汽缸组204和第二汽缸组206。进气通道结构214连接到进气歧管208以向进气歧管208供应新鲜空气以用于燃烧。包括第一涡轮增压器216和第二涡轮增压器224的分级或串联涡轮增压器设置定位在进气通道结构214中以压缩进气。第一涡轮增压器216包括定位在进气通道结构214中的第一压缩机218以及定位在排气通道结构212中的第一涡轮220。第一涡轮220至少部分地由第二汽缸组206所提供穿过排气歧管210的排气驱动。第一液体冷却增压空气冷却器222在进气通道结构214中定位在第一压缩机218下游。第二涡轮增压器224包括在进气通道结构214中定位在所述第一冷却器222下游的第二压缩机226，以及在排气通道结构212中定位在第一涡轮220上游的第二涡轮228。第二涡轮228至少部分地由第二汽缸组206所提供的穿过排气歧管210的排气驱动。第二液体冷却增压空气冷却器230在进气通道结构214中定位在第二压缩机226下游。
在所示实现方式中，发动机系统200不包括定位在进气通道结构214中的节流阀。然而，在一些实现方式中，进气通道结构120包括定位在第二压缩机226下游的节流阀。
多个汽缸202中的每个包括可操作以向所述汽缸中喷射燃料的燃料喷射器232、可操作以从进气歧管208接收燃烧空气的至少一个进气端口234，以及可操作来向排气歧管排气的至少一个排气端口236。排气歧管(又名，EGR歧管)238连接到第一汽缸组204以从第一汽缸组接收排气。在所示实施例中，EGR歧管238并不连接到第二汽缸组206。EGR通道结构240在EGR歧管238与进气通道结构214之间连通。在一些情况下，由第一汽缸组204提供的排气流动穿过EGR通道结构240进入进气通道结构214中，在所述进气通道结构214中，排气与新鲜进气混合并且混合物通过进气歧管208被提供给多个汽缸202以用于燃烧。在所示实施例中，EGR通道结构240并不连接到排气歧管210。液体冷却EGR冷却器252定位在EGR通道结构240中，以便在排气流通到进气歧管208之前冷却排气。
在所示实施例中，EGR通道结构240不包括可操作来控制排气流动到进气通道结构的控制阀。换言之，没有阀或其他控制元件定位在第一汽缸组下游以用于控制EGR的流动。然而，应了解，在一些实施例中，EGR通道结构包括用于控制由第一汽缸组提供的排气的流动的一个或多个阀。
排气歧管210连接到第二汽缸组206以从第二汽缸组接收排气。在所示实施例中，排气歧管210并不连接到第一汽缸组204。在一些情况下，由第二汽缸组206提供的排气从排气歧管210行进穿过第二涡轮增压器224的第二涡轮228、穿过第一涡轮增压器216的第一涡轮220，以便从排气通道结构212被排放至大气中。在一些情况下，排气通过排气旁路通道结构242绕过第二涡轮228。排气旁路阀244定位在排气旁路通道结构242中。排气旁路阀244可操作来控制排气流动穿过排气旁路通道结构242。例如，在一些情况下，调整旁路阀244以绕过第二涡轮228，从而降低增压。
排气处理系统246在排气通道结构212中设置在第一涡轮220下游。排气处理系统246在排气被释放到大气之前处理排气。例如，排气处理系统包括选择性催化还原(SCR)系统、柴油机氧化催化剂(DOC)、柴油机微粒过滤器(DPF)、各种其他排放控制装置或它们的组合。
旁路通道结构248在排气通道结构212与进气通道结构214之间连通。更具体地，旁路通道结构248定位在以下两点之间：在排气通道结构212中位于第二涡轮机228上游并且位于排气歧管210下游的一点与在进气通道结构214中位于第二压缩机226下游并且位于第二冷却器230上游的一点。在一些情况下，由第二汽缸组提供的排气从排气通道结构212流动穿过旁路通道结构248到达进气通道结构214，以便向多个汽缸202提供EGR。此外，在一些情况下，进气从进气通道结构214流动穿过旁路通道结构248并且到达排气通道结构212，以便使涡轮增压器的涡轮加速。旁路阀250定位在旁路通道结构中，以便控制排气或进气流动穿过旁路通道结构248。
控制器254包括处理器256和具有非暂态指令的计算机可读介质258，当由处理器256执行时，所述非暂态指令执行在各种运转状态期间控制发动机200并且更具体地控制EGR的控制例程。控制器254从各种发动机传感器260接收信号以便确定运转参数和运转状态，并且相应地调整各种发动机致动器262。
在一个实施例中，控制器254可操作来确定目标EGR率。在一个实例中，基于发动机负载、发动机速度、燃烧稳定性、微粒物质浓度、进气歧管氧浓度或NOx排放中的一项或多项来确定目标EGR率。此外，控制器254可操作以控制向汽缸数量少于第一汽缸组中所有汽缸总数的汽缸子组喷射燃料以获得目标EGR率，并且可操作以控制向第二汽缸组中的每个汽缸喷射燃料。换言之，控制器配置用于控制向EGR通道结构提供排气的汽缸组的跳过点火，并且配置用于控制不向EGR通道结构提供排气的另一汽缸组中的每个汽缸的燃料供给。在一些实施例中，控制器控制燃料喷射，以使得燃料仅被喷射到汽缸子组，并且大体上无燃料被喷射到第一汽缸组的不在所述子组中的成员中。通过使构成第一汽缸组的子组的一个或多个汽缸跳过点火或停止向所述一个或多个汽缸供给燃料，由非点火汽缸产生的排气量减少到零，从而减少再循环至进气歧管的排气总量。
例如，在跳过点火运转期间，在一个燃烧循环中，至少一个但少于第一汽缸组中所有汽缸总数的汽缸被点火，同时来自第二汽缸组的每个汽缸被点火。以这种方式，跨越多个发动机循环，第二汽缸组的汽缸比第一汽缸组的汽缸更频繁地点火。在一些实施例中，改变子组以使得第一汽缸组中的每个汽缸在多个燃烧循环内的某一时刻点火。在一些情况下，第一汽缸组中的所有汽缸被跳过点火，以便使由第一汽缸组提供的EGR降低到大体上为零。在一些实施例中，在不同燃烧循环期间，不同汽缸被跳过点火或部分地被供给燃料。例如，指定用于跳过点火的汽缸可在每个燃烧循环或某一数量的燃烧循环之后轮换。
此外，如果每隔一个循环停止供给燃料，可进一步降低EGR的量。甚至通过每三个循环或每四个循环等使供体汽缸跳过点火可达到EGR率的更精细地调整。在一个实例中，控制器254可操作以在第一燃烧循环期间控制向第一汽缸组的汽缸子组喷射燃料，并且可操作以在第二燃烧循环期间控制向第一汽缸组中的每个汽缸喷射燃料，以便获得目标EGR率。在一个实例中，至少一个燃烧循环使第一燃烧循环与第二发动机循环分开。换言之，控制器改变跳过点火事件之间的燃烧循环数量以便获得目标EGR率。这种方法提供比通过EGR阀控制EGR流速更精细(granular)的调整。
在一个实施例中，控制器254可操作来调整第一汽缸组的汽缸子组中的至少一个汽缸的燃料喷射量，以便获得目标EGR率。例如，如果较少燃料在第一汽缸组中的未被跳过点火的活跃汽缸中被燃烧，则由第一汽缸组产生的排气量得以减少，从而使EGR率总体降低。跳过点火和调整第一汽缸组中的活跃汽缸喷射燃料的组合促进相对于通过EGR流动控制来控制EGR具有非常高的精细的可变EGR率控制。
此外，除具有挑战性的控制和EGR阀进行操作的不利环境外，EGR流动控制方法的另外复杂因素在于它使涡轮增压器的操作点转移到扼流情况。换言之，如果供体汽缸的所有排气与非供体汽缸的排气结合，涡轮增压器将需更大约50％，以便处理结合流。这样，涡轮增压器在各种运转状态下将是次佳的，以便适应大范围的排气流量。通过利用供体汽缸的跳过点火和/或减少的燃料供给来改变EGR率，可保持到涡轮增压器的排气流相对稳定，从而使得涡轮增压器的性能在非常宽广的运转范围内最佳化(或至少得到改善)。
在一个实施例中，控制器254可操作以根据第一汽缸燃料喷射调整来调整第二汽缸组中的至少一个汽缸的燃料喷射量，从而达到或维持由第一汽缸组和第二汽缸组提供的目标扭力输出。在一些实施例中，调整第二汽缸组的燃料喷射量以达到或维持不同于扭力输出的运转参数。
此外，在另一实施例中，控制器254另外地或可替代地可响应于隧道状态进行操作。更具体地，控制器配置用于在隧道状态期间确定比目标EGR率具有更高氧浓度的第二EGR率，并且配置用于控制向第一汽缸组的汽缸子组中的部分汽缸喷射燃料，以便获得第二EGR率。此外，在另一实施例中，控制器254另外地或可替代地响应于隧道状态可操作来确定目标功率水平，并且可操作来控制向第一汽缸组的汽缸子组中的部分汽缸喷射燃料，以便获得目标功率水平。通过使提供EGR的一个或多个汽缸跳过点火，可减少发动机的总功率输出，具有增加燃烧空燃比和减少排给到EGR冷却器的热量的额外益处。
此外，在另一实施例中，控制器254另外地或可选择地响应于周围温度大于温度阈值或周围空气压力小于压力阈值进行操作。更具体地，在这种状态期间，控制器配置用于确定比目标EGR率具有更高氧浓度的第二EGR率，并且配置用于控制向第一汽缸组的汽缸子组中的部分汽缸喷射燃料，以便获得第二EGR率。通过在不利周围状态(例如，高温或低密度空气)期间使更多的提供EGR的汽缸跳过点火，EGR冷却器上的热负载得以减少。
图3示意性地示出发动机系统300的另一实施例。大体上与发动机系统200的那些部件相同的发动机系统300的部件以相同的方式来识别，并且不进一步进行描述。然而，将注意的是，在本发明的不同实施例中以相同方式识别的部件可至少部分地不同。
发动机系统300在EGR通道结构中包括另外的阀，所述阀允许第一汽缸组和/或第二汽缸组选择性地向进气歧管和/或排气歧管提供排气。换言之，在所示实施例中，第一汽缸组可提供排气用于EGR和/或向排气通道结构提供排气。具体来说，EGR通道结构340选择性地流体连通到排气歧管310。EGR旁路阀364定位在EGR旁路通道结构340中。EGR旁路阀364可操作来控制排气从第一汽缸组304流动穿过EGR通道结构340到达排气歧管310和/或排气通道结构312。
EGR流量阀366在EGR通道结构340中定位在EGR歧管338与EGR冷却器352之间。EFR流量阀366可操作以控制EGR流动穿过EGR通道结构到达EGR冷却器352。EGR旁路阀364和EGR流量阀366协作地由控制器354基于运转状态控制来引导来自第一汽缸组304的排气流。
在所示实施例中，旁路通道结构348定位在第二冷却器330下游。这样，热排气穿过旁路通道到达进气通道，而不被第二冷却器冷却。通过不用第二冷却器来冷却排气，排气相对于被第二冷却器冷却的EGR更快速地加热汽缸。但是应了解，在一些实施例中，旁路通道结构定位在第二冷却器上游。
在一个实施例中，控制器354可操作来关闭EGR旁路阀364、打开EGR流量阀366、控制向汽缸数量少于第一汽缸组中所有汽缸总数的汽缸子组喷射燃料以获得目标EGR率、并且控制向第二汽缸组中的每个汽缸喷射燃料。换言之，控制器控制向EGR通道结构提供排气的汽缸组的跳过点火，并且控制不向EGR通道结构提供排气的另一汽缸组中的汽缸的燃料供给。通过使构成第一汽缸组的子组的一个或多个汽缸跳过点火或停止向所述一个或多个汽缸供给燃料，由非点火汽缸产生的排气量减少到零，从而减少再循环至进气歧管的排气总量。
此外，在另一实施例中，控制器354可操作来调整EGR旁路阀的打开位置和EGR流量阀的打开位置，以便控制向EGR通道提供的排气流从而获得目标EGR率。
图4示出用于控制发动机中的EGR的方法400的实施例的流程图。在一个实施例中，方法400由图1中的控制器142或图2中的控制器254执行。在402，方法400包括确定运转状态。例如，运转状态可基于指示从连接到发动机的传感器接收的传感器信号的运转参数来确定，运转参数如进气压力、排气压力、发动机温度、周围温度、空燃比、发动机速度、发动机负载、排气温度、排气压力、周围压力、飞行高度等。
在404，方法400包括确定目标EGR率。在一个实施例中，基于发动机负载、发动机速度、燃烧稳定性、微粒物质浓度、进气歧管氧浓度或NOx排放中的一项或多项来确定目标EGR率。
在406，方法400包括向汽缸数量少于第一汽缸组中所有汽缸总数的汽缸子组喷射燃料以获得目标EGR率。在一个实施例中，所述方法包括向仅第一汽缸组的子组中的汽缸喷射燃料，并且无燃料被喷射到第一汽缸组的不在所述子组中的成员。在一个实施例中，第一汽缸组提供排气穿过在第一汽缸组与进气通道结构之间流体连通的EGR通道结构。例如，接收燃料的汽缸子组随着目标EGR率的增大而增大，并且接收燃料的汽缸子组随着EGR率的减小而减小。例如，可在指定数量的燃烧循环内每个燃烧循环、每隔一个燃烧循环、每三个或每四个燃烧循环等向第一汽缸组的汽缸子组喷射燃料，以便获得目标EGR率。
在408，方法400包括向第二汽缸组中的至少一个汽缸喷射燃料。第二汽缸组大体上不提供排气穿过EGR通道。例如，第二汽缸组向流体连通到大气的排气通道提供排气，而不向EGR通道提供排气。应了解，在指定数量的燃烧循环内，第一汽缸组中的一定数量的汽缸与第二汽缸组中的一定数量的汽缸相比较更不频繁地被供给燃料/点火。在一个实施例中，方法400包括向第二汽缸组中的每个汽缸喷射燃料。
在410，方法400包括调整第一汽缸组的汽缸子组中的至少一个汽缸的燃料喷射量以获得目标EGR率。
在412，方法400包括根据第一气缸组燃料喷射调整来调整第二气缸组中的至少一个气缸的燃料喷射量，以便达到或维持由第一气缸组和第二气缸组提供的目标扭力输出。例如，如果第一汽缸组的子组中的一个或多个汽缸的燃料喷射量减少以获得目标EGR率，那么第二汽缸组中的一个或多个汽缸的燃料喷射量增大对应的量。
相对于在EGR通道中采用EGR阀的方法，通过使提供EGR的汽缸跳过点火同时对大体上不提供EGR的汽缸供给燃料实现更准确且较不复杂的EGR控制。因此，潜在地可从发动机中消除否则对于引导一些EGR气体进入非EGR气体流中来说将必要的这种阀。此外，通过从EGR通道消除阀，涡轮增压器可适当地匹配固定数量汽缸的排气流，从而最小化涡轮增压器的图宽(map width)并且对应地在更广范围的运转状态下更有效地运转。换言之，通过利用提供EGR的汽缸的跳过点火或减少的燃料供给来改变EGR率，可保持到涡轮增压器的排气流相对稳定，从而使得涡轮增压器的性能在非常宽广的运转范围内最佳化(或至少得到改善)。
图5示出用于在隧道状态期间控制发动机中的EGR的方法500的实施例的流程图。在一个实施例中，方法500由图1中的控制器132或图2中的控制器254执行。在502，方法500包括确定运转状态。方法500单独或与图3所示的方法300结合地执行。
在504，方法500包括确定是否存在隧道状态。例如，隧道状态包括机车或其他车辆进入隧道或在隧道中运转。在一个实施例中，隧道状态是基于GPS信息和/或路线特征信息来确定。在另一实施例中，隧道状态是基于周围温度和进气歧管氧浓度来确定。如果确定存在隧道状态，那么方法500移动到506。否则，方法500返回其他操作。
在506，方法500包括确定比目标EGR率具有更高氧浓度的第二EGR率。例如，基于隧道外的运转来确定目标EGR率。由于在隧道中运转期间因所排放排气被捕获在隧道中而导入减少的新鲜空气，第二EGR率与目标EGR率相比具有更高氧浓度。此外，由于在隧道运转期间发生的机车的热排给能力降低以及由此导致的增大的流体温度(例如，油、水、空气)，第二EGR率相对于目标EGR率增大。
在508，方法500包括向第一汽缸组的汽缸子组中的部分汽缸喷射燃料以获得第二EGR率。在一个实施例中，所述方法包括向仅第一汽缸组的子组中的汽缸喷射燃料，并且无燃料被喷射到第一汽缸组的不在所述子组中的成员。换言之，减少第一子组中被供给燃料的汽缸的数量，以便进一步降低EGR并且增加向汽缸提供的进气量，从而达到第二EGR率。在一个实施例中，第一汽缸组中的所有汽缸被跳过点火以将EGR率降低到第二EGR率。
在510，方法500包括确定发动机输出的目标功率水平。例如，降低发动机的功率以获得目标功率水平。在一个实例中，目标功率水平是基于发动机冷却剂温度、油温、燃烧稳定性、空燃比等中的一个或多个来确定。
在512，方法500包括向第一汽缸组的汽缸子组中的部分汽缸喷射燃料以获得目标功率水平。
在514，方法500包括向第二汽缸组中的至少一个汽缸喷射燃料。在一个实施例中，所述方法包括向第二汽缸组中的每个汽缸喷射燃料。
通过使提供EGR的汽缸跳过点火来控制EGR率和降低发动机的功率，可提高车辆的性能(例如，车辆行进穿过隧道的速率)。此外，排给隧道的热量通过以下方式得以减少：减少EGR冷却系统的热负载，以及由于降低的EGR和/或增大的空燃比而降低排气温度。
图6示出用于在各种温度状态或压力状态下控制发动机中的EGR的方法600的实施例的流程图。在一个实施例中，方法600由图1中的控制器132或图2中的控制器254执行。在602，方法600包括确定运转状态。方法600单独或与图3所示的方法300结合地执行。
在604，方法600包括确定温度是否大于温度阈值。例如，温度可以是周围温度，并且温度阈值范围是从25℃至50℃。在另一实例中，温度是发动机冷却剂温度，并且温度阈值范围是从100℃至120℃。如果确定温度大于温度阈值，那么方法600移动到608。否则，方法600移动到606。
在606，方法600包括确定压力是否小于压力阈值。例如，压力可以是周围压力。如果确定压力小于压力阈值，那么方法600移动到608。否则，方法600返回其他操作。
在608，方法600包括确定与目标EGR率相比具有更高氧浓度的第二EGR率。例如，基于在更低温度或更高压力的运转来确定目标EGR率。
在610，方法600包括向第一汽缸组的汽缸子组中的部分汽缸喷射燃料以获得第二EGR率。
在612，方法600包括向第二汽缸组中的至少一个汽缸喷射燃料。在一个实施例中，所述方法包括向第二汽缸组中的每个汽缸喷射燃料。
通过在不利周围环境状态(例如，高温或低密度空气)期间使更多的提供EGR的汽缸跳过点火，EGR冷却器上的热负载得以减少。以这种方式，提高了发动机的性能。
在另一实施例中，一种方法包括在第一状态期间向第一汽缸组中的每个汽缸喷射燃料。第一汽缸组提供排气穿过在第一汽缸组与进气通道结构之间流体连通的EGR通道结构。所述方法进一步包括向第二汽缸组中的每个汽缸喷射燃料。第二汽缸组大体上不提供排气以穿过EGR通道结构。例如，第二汽缸组通过排气通道结构将排气提供到大气。如另一实例，在一些情况下，第二汽缸组可通过涡轮增压器旁路而不是通过EGR通道来将排气提供到进气通道结构。所述方法进一步包括调整第一汽缸组中的至少一个汽缸的燃料喷射量以获得第一EGR率。所述方法进一步包括：在第二状态期间，向汽缸数量少于第一汽缸组中所有汽缸总数的汽缸子组喷射燃料，向第二汽缸组中的每个汽缸喷射燃料，并且调整第一汽缸组的汽缸子组中的至少一个汽缸的燃料喷射量，以便获得具有比第一EGR率更高氧浓度的第二EGR率。
在一个实例中，第一状态包括发动机速度大于速度阈值，并且第二状态包括隧道状态、周围温度大于温度阈值或周围空气压力小于压力阈值中的至少一种。此外，所述方法包括：在第二状态期间，根据第一汽缸组燃料喷射调整来调整第二汽缸组中的至少一个汽缸的燃料喷射量，以便达到或维持由第一汽缸组和第二汽缸组提供的目标扭力输出。
另一实施例涉及一种方法，例如一种用于控制发动机的方法。所述方法包括使第一汽缸组跳过点火，以及在第二汽缸组中的至少一个汽缸中燃烧燃料。第一汽缸组提供排气以穿过在第一汽缸组与进气通道结构之间流体连通的EGR通道结构。第二汽缸组大体上不提供排气穿过EGR通道结构。第一汽缸组排除第二汽缸组，也就是说，第一汽缸组中没有汽缸还是第二汽缸组中的汽缸。跳过点火的步骤包括在第一燃烧循环中专门在第一汽缸组的第一子组中燃烧燃料，所述第一子组的汽缸数量少于第一汽缸组中所有汽缸总数。“专门”燃烧意味着在给定的燃烧循环中，燃料在第一汽缸组的给定子组中燃烧，但不在第一汽缸组中的不在给定子组内的汽缸中燃烧。跳过点火的步骤进一步包括在后续的第二燃烧循环中专门在第一汽缸组的第二子组中燃烧燃料，所述第二子组的汽缸数量少于第一汽缸组中所有汽缸总数。第二子组至少部分地不同于第一子组，也就是说，第二子组中的至少一个汽缸并不还是第一子组的一部分；在实施例中，第一子组排除第二子组，这意味着第一子组中没有汽缸还是第二子组的一部分。在进一步后续的燃烧循环中，第一子组和第二子组交替地、可能与第一汽缸组的其他附加子组(至少部分地不同于第一子组和第二子组)后续地专门燃烧；并且可能与其中燃料在第一汽缸组中的所有汽缸中燃烧的燃烧循环交替。在其他实施例中，所述方法进一步包括：针对第一汽缸组的专门在给定燃烧循环中燃烧的给定子组，调整给定子组中的至少一个汽缸的燃料喷射量，以便获得目标EGR率。
如本说明书中所使用，以单数形式列举并通过字词“一”或“一个”引出的元件或步骤应理解为不排除多个所述元件或步骤，除非明确指出此类排除情况。此外，对本发明的“一个实施例”的参考并不旨在解释为排除存在同样包含所述特征的另外实施例。此外，除非明确指出相反情况，否则“包含”、“包括”或“拥有”具有特定性质的某个元件或多个元件的实施例可包括不具有所述性质的其他此类元件。术语“包括(including)”和“其中(in which)”用作对应术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的简明语言等效物。另外，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标签，并且并不旨在对它们的对象强加数字要求或特定位置顺序。
本说明书使用实例来公开本发明(包括最佳模式)，并且还使得所属领域的技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及实施所涵盖的任何方法。本发明的保护范围由权利要求书界定，并可包含所属领域的普通技术人员想出的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例包含的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类实例也应在权利要求书的范围内。

Claims (21)

1.一种方法，所述方法包括：
向汽缸数量少于第一汽缸组中所有汽缸总数的汽缸子组喷射燃料以获得目标排气再循环(EGR)率，其中所述第一汽缸组提供排气以穿过在所述第一汽缸组与进气通道结构之间流体连通的EGR通道结构；以及
向第二汽缸组中的至少一个汽缸喷射燃料，其中所述第二汽缸组大体上不提供排气以穿过所述EGR通道结构。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
调整所述第一汽缸组的所述汽缸子组中的至少一个汽缸的第一燃料喷射量以获得所述目标EGR率。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
根据所述第一汽缸组的第一燃料喷射量调整来调整所述第二汽缸组中的所述至少一个汽缸的第二燃料喷射量，以便达到或维持由所述第一汽缸组和所述第二汽缸组提供的目标扭力输出。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，向所述第一汽缸组的所述汽缸子组喷射燃料包括：在第一燃烧循环期间向所述第一汽缸组的所述汽缸子组喷射燃料并且在第二燃烧循环期间向所述第一汽缸组中的每个汽缸喷射燃料，以便获得所述目标EGR率。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
响应于确定的运转状态，向所述第一汽缸组的所述汽缸子组中的部分汽缸喷射燃料，以便获得比所述目标EGR率具有更高氧浓度的第二EGR率。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
响应于所述确定的运转状态，向所述第一汽缸组的所述汽缸子组中的部分汽缸喷射燃料以获得目标功率水平。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
响应于周围温度大于温度阈值或周围空气压力小于压力阈值，向所述第一汽缸组的所述汽缸子组中的部分汽缸中喷射燃料，以便获得比所述目标EGR率具有更高氧浓度的第二EGR率。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于发动机负载、发动机速度、燃烧稳定性、微粒物质浓度、进气歧管氧浓度或NOx排放中的一项或多项来确定所述目标EGR率。
9.一种系统，所述系统包括：
发动机；
多个燃料喷射器，所述多个燃料喷射器可操作以向所述发动机的第一汽缸组中的汽缸和第二汽缸组中的汽缸中喷射燃料；
连接到所述第一汽缸组和所述第二汽缸组的进气通道结构；
连接在所述第一汽缸组与所述进气通道结构之间的EGR通道结构；
连接到所述第二汽缸组的排气通道结构；
控制器，所述控制器配置用于控制向汽缸数量少于所述第一汽缸组中所有汽缸总数的汽缸子组喷射燃料以获得目标EGR率，其中所述控制器进一步配置用于控制向所述第二汽缸组中的至少一个汽缸喷射燃料。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述控制器配置用于调整所述第一汽缸组的所述汽缸子组中的至少一个汽缸的第一燃料喷射量以获得所述目标EGR率。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述控制器配置用于根据所述第一汽缸燃料喷射调整来调整所述第二汽缸组中的所述至少一个汽缸的第二燃料喷射量，以便达到或维持由所述第一汽缸组和所述第二汽缸组提供的目标扭力输出。
12.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述控制器进一步配置用于：在第一燃烧循环期间控制向所述第一汽缸组的所述汽缸子组喷射燃料，并且在第二燃烧循环期间控制向所述第一汽缸组中的每个汽缸喷射燃料，以便获得所述目标EGR率。
13.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述控制器配置用于响应于隧道状态以：
确定比所述目标EGR率具有更高氧浓度的第二EGR率；并且
控制向所述第一汽缸组的所述汽缸子组中的部分汽缸喷射燃料以获得所述第二EGR率。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述控制器配置用于响应于所述隧道状态以：
确定目标功率水平；并且
控制向所述第一汽缸组的所述汽缸子组中的部分汽缸喷射燃料以获得所述目标功率水平。
15.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述控制器配置用于响应于周围温度大于温度阈值或周围空气压力小于压力阈值，控制向所述第一汽缸组的所述汽缸子组中的部分汽缸喷射燃料，以便获得比所述目标EGR率具有更高氧浓度的第二EGR率。
16.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述控制器配置用于基于发动机负载、发动机速度、燃烧稳定性、微粒物质浓度、进气歧管氧浓度或NOx排放中的一项或多项来确定所述目标EGR率。
17.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述EGR通道结构不包括可操作以控制排气流动到所述进气通道结构的控制装置。
18.一种方法，所述方法包括：
在第一状态期间，向第一汽缸组中的每个汽缸喷射燃料，其中所述第一汽缸组提供排气以穿过在所述第一汽缸组与进气通道结构之间流体连通的排气再循环(EGR)通道结构；向第二汽缸组中的每个汽缸喷射燃料，其中所述第二汽缸组大体上不提供排气以穿过所述EGR通道结构；并且调整所述第一汽缸组中的至少一个汽缸的燃料喷射量，以便获得第一EGR率；以及
在第二状态期间，向汽缸数量少于所述第一汽缸组中所有汽缸总数的汽缸子组喷射燃料；向所述第二汽缸组中的每个汽缸喷射燃料；并且调整所述第一汽缸组的所述汽缸子组中的至少一个汽缸的燃料喷射量，以便获得比所述第一EGR率具有更高氧浓度的第二EGR率。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述第一状态包括发动机速度大于速度阈值，并且所述第二状态包括隧道状态、周围温度大于温度阈值或周围空气压力小于压力阈值中的至少一种。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
在所述第二状态期间，根据在所述第二状态期间做出的对所述第一汽缸组的所述汽缸子组中的所述至少一个汽缸的燃料喷射调整，调整所述第二汽缸组中的至少一个汽缸的燃料喷射量，以便达到或维持由所述第一汽缸组和所述第二汽缸组提供的目标扭力输出。
21.一种方法，所述方法包括：
使第一汽缸组跳过点火，其中所述第一汽缸组提供排气以穿过在所述第一汽缸组与进气通道结构之间流体连通的排气再循环(EGR)通道结构；以及
在第二汽缸组中的至少一个汽缸中燃烧燃料，其中所述第二汽缸组大体上不提供排气以穿过所述EGR通道结构，并且其中所述第一汽缸组排除所述第二汽缸组；
其中所述跳过点火的步骤包括：
在第一燃烧循环中，专门在所述第一汽缸组的第一子组中燃烧燃料，所述第一子组的汽缸数量少于所述第一汽缸组中所有汽缸总数；以及
在后续的第二燃烧循环中，专门在所述第一汽缸组的第二子组中燃烧燃料，所述第二子组的汽缸数量少于所述第一汽缸组中所有汽缸总数，其中所述第二子组至少部分地不同于所述第一子组。
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